第十七章 核心機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在陳東風(fēng)把這些數(shù)據(jù)處理完，已經(jīng)差不多過了一周的時(shí)間，還有不到一周就要到七月了。期間黃恒來看了他們好幾次，被209四人的瘋狂嚇到了，連重在參與都說出來了，怕他們四個(gè)留校萬一出了點(diǎn)啥情況，自己和學(xué)校都不好交代。

　　黃老院長被黃恒告知209四人的瘋狂模式時(shí)，沒有說什么，只是很欣慰的點(diǎn)了點(diǎn)頭說：“小伙子，累點(diǎn)苦點(diǎn)睡一覺就過去了，這樣我這還有點(diǎn)糧票你分給他們吧?！?p>　　四人拿到糧票，都驚呆了，黃老院長什么人啊，竟然在關(guān)注他們，還讓他們照顧好身體，當(dāng)時(shí)他們就有納頭就拜，士為知己者死的沖動(dòng)。

　　陳東風(fēng)按照進(jìn)度今天開始對核心機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一是要對每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行制圖，方便工人加工，二是要對整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行分析，如加強(qiáng)筋，支撐點(diǎn)等。

　　首先核心機(jī)要固定在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上，軸或轉(zhuǎn)子上承受的各種負(fù)荷如氣體軸向力、重力、慣性力及慣性力矩等。由支撐機(jī)構(gòu)承受并傳至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣上，最后由機(jī)匣通過安裝節(jié)傳至飛機(jī)構(gòu)件中。

　　陳東風(fēng)要設(shè)計(jì)的就是采用幾個(gè)支撐機(jī)構(gòu)，安排在何處，這就是轉(zhuǎn)子支承方案。一般情況下都是在壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子前后安排支承點(diǎn)。由于他采用的是一級(jí)離心式壓氣機(jī)和二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子，跟據(jù)離心式壓氣機(jī)和渦輪的特點(diǎn)，他采用了最簡單的兩點(diǎn)支點(diǎn)方案，即在壓氣機(jī)前端和渦輪前端放置兩個(gè)支點(diǎn)。

　　接下來要把風(fēng)扇，壓氣機(jī)，渦輪，燃燒室的構(gòu)件一一畫出來，并進(jìn)行受力分析，確保不會(huì)因?yàn)殡x心力或者震動(dòng)產(chǎn)生脫落。很多時(shí)候陳東風(fēng)是沒有經(jīng)驗(yàn)的，比如焊接問題，他采用的這種聯(lián)管燃燒室，怎么把分燃燒室固定在殼體上，這個(gè)問題他只能打上問號(hào)然后采用一般的方法。

　　陳東風(fēng)只采用了一級(jí)離心式壓氣機(jī)級(jí)，故只有一組進(jìn)口、工作葉輪、擴(kuò)壓器、渦殼這四部分。

　　壓氣機(jī)進(jìn)口段總是設(shè)計(jì)成圓柱形或者圓錐收縮段，進(jìn)口段的作用是引導(dǎo)氣流更好地進(jìn)入工作葉輪，以減少進(jìn)口處的流動(dòng)損失和擾流強(qiáng)度。所以陳東風(fēng)對壓氣機(jī)的進(jìn)口設(shè)計(jì)了帶有回流裝置以擴(kuò)大流量范圍。

　　工作葉輪是壓氣機(jī)最主要的零件，它的好壞對級(jí)的特性起了決定性的影響。對它的要求主要是，效率要高；強(qiáng)度要好，因?yàn)橹挥腥~輪強(qiáng)度好，壓氣機(jī)才能達(dá)到較高的壓縮壓力。陳東風(fēng)選擇的材料當(dāng)然不能是鎳基合金或者單晶體金屬。如果不出意外的話，他只能選擇比較好的鋼材。工作葉輪會(huì)因?yàn)槠鋸澢?、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力加大，在工作中帶來振動(dòng)的問題。這些所帶來的麻煩，他不能用好的材料來客服，只能另辟蹊徑了。陳東風(fēng)設(shè)計(jì)了阻尼凸臺(tái)的方法來減少風(fēng)扇葉片所帶來的振動(dòng)。所謂葉片阻尼凸臺(tái)，是指在葉片高度的適當(dāng)位置上設(shè)置的并互相對接的凸起部分。其作用是使葉片間形成一個(gè)環(huán)帶，以增強(qiáng)葉片的剛性并防止顫振。

　　在工作葉輪后設(shè)置擴(kuò)壓器，是因?yàn)榭諝鈴墓ぷ鬏喅鰜砗螅哂泻芨叩臍饬魉俣?，也即具有很大的?dòng)能。這部分動(dòng)能約占葉輪加功量的25%-50%。因此，為有效地利用這一部分的能量，必須把這部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，以達(dá)到提高空氣壓力的目的。

　　陳東風(fēng)為了提高把氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能，他采用了葉片擴(kuò)壓器。葉片擴(kuò)壓器是在無葉擴(kuò)壓器平行光滑的壁面內(nèi)，沿圓周均布一定數(shù)量的葉片而組成。氣體介質(zhì)在無葉擴(kuò)壓器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，方向角基本保持不變，但在葉片擴(kuò)壓器內(nèi)，氣體必須按照葉片方向流動(dòng)，所以流動(dòng)狀況較好，流動(dòng)損失小，效率高。一般情況下葉片擴(kuò)壓器較無葉擴(kuò)壓器效率高3%~5%。

　　接下來的燃燒室才是最為復(fù)雜的，有人說燃燒室就是螺絲殼里做到場，是不無道理的。陳東風(fēng)在燃燒室中采用的是湍流兩相燃燒形式，也就是在燃料液霧化后和空氣參雜后的燃燒方式。

　　其中的過程復(fù)雜還有震動(dòng)的問題，為了加強(qiáng)穩(wěn)定性。陳東風(fēng)把燃燒室內(nèi)殼體進(jìn)行加強(qiáng)肋的安裝，燃燒室內(nèi)套很多采用加強(qiáng)肋予以加強(qiáng)。為減輕質(zhì)量，在加強(qiáng)肋的輻板上可沿周向開許多減輕孔，在孔口處翻邊加強(qiáng)。

　　燃燒室殼體構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力件，不僅內(nèi)部要加強(qiáng)，外部也要進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，例如采用搭接熔焊形式，它可以獲得比滾焊更好的氣密性?；蛘甙褮んw的形式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較合理，使焊縫遠(yuǎn)離安裝邊，可有效地減少焊接熱影響區(qū)對安裝邊造成的撓曲變形。

　　燃燒室殼體內(nèi)部的火焰筒是燃燒的主要區(qū)域，一般由渦流器、火焰筒筒體、燃?xì)鈱?dǎo)管等組成。陳東風(fēng)設(shè)計(jì)的渦流器是葉片渦流器，這可以用來控制進(jìn)入火焰筒頭部的空氣流量并建立強(qiáng)回流區(qū)，使高溫燃?xì)庠诨鹧嫱差^部形成低速回流區(qū)，保證點(diǎn)火、穩(wěn)定燃燒和完全燃燒。

　　燃燒室燃燒的關(guān)鍵是燃料和空氣進(jìn)行混合，然后使燃料液霧化。而這個(gè)的關(guān)鍵一個(gè)設(shè)計(jì)師燃料噴嘴是否合理。陳東風(fēng)采用的是離心式噴嘴，這個(gè)形式的噴嘴可以讓燃料以一定的壓力切向進(jìn)入內(nèi)腔，在離心力的作用下，實(shí)現(xiàn)霧化。

　　當(dāng)然離心噴嘴可分為好幾個(gè)，例如雙路雙室雙噴口噴嘴、雙路雙室單噴口噴嘴、雙路單室單噴口噴嘴等，考慮到結(jié)構(gòu)和實(shí)際問題陳東風(fēng)還是采用了雙路單室單噴口噴嘴。這種單噴口噴嘴可以將燃料快速霧化，加速混合氣的形成，保證穩(wěn)定燃燒和提高燃燒效率。

　　最后就是點(diǎn)火裝置的設(shè)計(jì)了，所謂點(diǎn)火裝置就是火花塞。陳東風(fēng)考慮到火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機(jī)的工作性能。為此陳東風(fēng)把火花塞布置在排氣門附近，這可以一可以使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，二可以使使末端氣體受熱減少。

　　再考慮到為了減少各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)，保證暖機(jī)和低速穩(wěn)定性，陳東風(fēng)采用了直接點(diǎn)火的方式。

　　再說到渦輪葉片，他使用的燃料是汽油，所以燃燒溫度大約是1000K左右，而市面上比較常見的耐熱不銹鋼的耐熱溫度大約是850K左右。為了不使燃燒后的高溫氣體使渦輪葉片直接氧化、脆化，需要對接觸渦輪葉片的高溫氣體進(jìn)行降溫或者對渦輪葉片進(jìn)行冷卻。

　　降低燃燒氣體溫度方面，陳東風(fēng)是通過引入外涵道的氣體進(jìn)行混合降低接觸渦輪葉片的溫度。至于冷卻渦輪葉片，陳東風(fēng)也沒有提高耐熱不銹鋼耐溫性能的方面，只能另辟蹊徑，一是采用了空心葉片，內(nèi)部引進(jìn)外涵道冷空氣對其進(jìn)行降溫，二是在葉片上開空，使冷空氣覆蓋渦輪葉片，從而讓渦輪葉片上有一層氣模。至于怎么使氣體均勻覆蓋在渦輪葉片，這就和渦輪葉片在旋轉(zhuǎn)，使外泄的氣體受到了離心力，通過計(jì)算控制小孔開孔的位置和方向可以使氣模均勻覆蓋在渦輪葉片上。